A sustentação de uma asa depende também de outros fatores, como a velocidade e o ângulo de ataque da asa, que é o angulo formado entre a inclinação do avião e o vento relativo:
O angulo de ataque pode ser reparado facilmente quando a aeronave está pousando. Podemos ver que a direção que ela segue não é a mesma que ela aponta com o nariz, ou seja a aeronave vem para o pouso ligeiramente "cabrada".
A força de sustentação de uma asa pode ser calculada por uma fórmula simples:
Onde:
FL= Força de sustentação em Newtons (divida por 10
para saber em Kg)
r =
Densidade
do ar (1.22 Kg/m^3 ao nível do mar)
V = Velocidade do ar em metros por segundo
S = Área da sombra da asa projetada no chão em metros quadrados
CL = Coeficiente de sustetação do perfil
O CL pode ser obtido em função do ângulo de ataque em gráficos como o abaixo, onde pode-se inclusive observar o estol após o ângulo de ataque de 12º
Note que
se a asa estiver em angulo de ataque de -4º, a sustentação
será nula, pois o CL será 0.
Por exemplo, vamos
supor que a aeronave A-10 Thunderbolt utilize este perfil acima em suas
asas. Esta aeronave é conhecida pela grande quantidade de armamento
que ele pode carregar. A área alar desta aeronave é de 42m^2.
Vamos calcular a força de sustentação para o A10
voando a 320Km/h próximo ao nível do mar, com ângulo
de ataque 0º.
Ao nível do mar a densidade do ar é 1.22 Kg/m^3. Como estamos
próximo ao nível do mar, vamos usar este valor mesmo. A
velocidade deve ser informada em metros por segundo, logo transformando
Km/h para m/s, 320/3.6 = 88m/s. O CL a 0º pode ser obtido no gráfico,
e é por volta de 0.5
Jogando os valores na fórmula, fica:
FL=1/2 x 1.22 x (88^2) x 42 x 0.5 = 101215N que é o mesmo que 10121,5
Kg força
Apesar de ter sido uma suposição, o resultado, está aceitável, visto que o peso do A10 vazio é por volta de 6000Kg, ou seja, existe uma força de pouco mais de 4000Kg empurrando nosso avião para cima.
Agora vamos fazer uma suposição diferente. Vamos dizer que o A10 não pode pousar a mais de 190Km/h, senão pode ocorrer um terrível acidente. Vamos supor também que estamos próximos ao nível do mar e que a aeronave está carregada, e o peso total é 11000Kg. Qual o CL necessário para que ele não caia antes de tocar a pista?
Fazendo uma
manipulação na fórmula, verificamos que o valor de
CL pode ser dado por:
FL é exatamente o peso da aeronave, pois no momento do pouso a
aeronave toca o solo suavemente, quase em voo nivelado, e lembre-se que
em voo nivelado as forças se equilibram. Jogando os valores:
Cl = 2 x 11000/(1.22
x 53^2 x 42) = 1.55
Observando
o gráfico, veremos que este perfil não atinge o CL desejado.
O CL máximo ocorre com ADA12º e não chega a 1.5, esta
aeronave irá estolar, provocando um terrível acidente se
tentar manter esta velocidade tão baixa.
A solução é acrescentar nas asa dispositivos móveis
chamados de "hiper-sustentadores". São os flaps e os
Slats. Os flaps tem função de aumentar a curvatura da asa,
aumentando assim o CL, sem que seja necessário atingir ângulos
de ataque elevados, próximos ao estol. Deste modo a aeronave pode
voar em velocidades muito baixas para realizar um pouso seguro. Os slats
tem a função de corrigir o escoamento sobre a asa, de modo
que o fluxo volte a "colar" no aerofólio, permitindo
a aeronave alcançar ângulos de ataque maiores. Em aeronaves
grandes, é comum que se use os dois componentes trabalhando juntos.
São de grande utilidade em todas as operações que
envolvam baixa velocidade ou muito peso.
A figura ao lado mostra uma asa com as superfícies de hiper-sustentação recolhidas(à esquerda) e atuadas(à direita). Note que em [a], ocorreu o descolamento do fluxo. O que ocorre é que as moléculas de ar já perderam muita energia devido ao alto ângulo de ataque e não conseguem permanecer acompanhando a curvatura da asa. Nem o uso do flap ajudaria agora, uma vez que o fluxo descolou. O slat é usado para impedir que isso ocorra. Ao abrir uma fenda no bordo de ataque[b], faz com que uma parte do ar altamente energizado que iria passar por baixo da asa, agora passe por cima, energizando o fluxo no extradorso fazendo com que este permaneça colado à superfície até o bordo de fuga.